ansys结构培训1分析mechanical

1-1ANSYS

Mechanical培训ANSYS

Mechanical培训课程安排Day1第一章：Mechanical简介第二章：前处理Day2第三章：静力结构分析第四章：模态分析Day3第五章：热分析第六章：线性屈曲分析Workbench

-

MechanicalIntroduction第一章Mechanical

简介Basics概述在这一章中，将涉及Mechanical的基础应用，其中包括：A.

启动MechanicalB.

Mechanical

应用向导C.

基本分析步骤D.

工程数据应用•本章所描述的能力是ANSYS

DesignSpace

Entra普遍适用的许可和以上的能力，除了标记的。BasicsA.启动Mechanical回想一下，有两个运行Mechanical的方式：–在ANSYS

Workbench上打开…–…或者在CAD

系统上打开Basics工具栏Mechanical

应用向导…Mechanical

界面用户界面的组成如下图所示：菜单树形大纲详细列表图形窗口信息窗口状态栏Basics... GUI–菜单菜单提供很多Mechanical功能。比较常用的菜单项如下：标题栏列出分析类型、产品名和ANSYS许可。“File>Clean”是删除网格划分和/或结果产生的数据库。“Units”

可以改变单位.“Tools>Options…”可以自己设置和选择。“Help>Mechanical

Help”进入帮助。分析类型许可产品名Basics…GUI–工具栏有一些工具栏为用户提供快速访问功能，在菜单中也可以找到。工具栏可以在Mechanical窗口的顶部的任何地方重新定位。“Context”

工具条,其更新将决定于当前“Outline”tree

的分支。如果光标在工具栏按钮上，出现功能提示。Basics…GUI–工具栏“Standard”

工具栏如下：注释建立Mechanical

Wizard模型求解抓拍注解切割平面“Graphics”工具栏用于选择几何和图形操作：选择模式图形处理选择工具可视窗口鼠标左键可以是在“选择”模式或“图形操作”模式切换。上面的工具栏按钮归类为“实体选择”和“图形操作”的控制两类。图形的选择可以做到用单个的选择或框选择。主要受“选择模式”图标控制。Basics…GUI–提纲树纲要树提供了一个简单的进行模型、材料、网格、载荷和求解管理的简单的方法。“Model”分支包含分析中所需的输入数据。“Static

Structural”分支包含载荷和分析有关边界条件。“Solution”

分支包含结果和求解信息。其他分支(这不包括的)也是可用的。Basics…GUI–提纲树纲要树显示每个分支的图标，以单表其状态。图标例子如下：对号表明分支完全定义/OK问号表示项目数据不完全（需要输入完整的数据）闪电表明需要解决感叹号意味着存在问题“X”意思是项目抑制（不会被求解）透明对号为全体或部分隐藏绿色闪电表示项目目前正在评估减号意味着映射面网格划分失败斜线标记表明部分结构以进行网格划分红色闪电表示失败的解决方案在熟悉基本的状态符号之前，允许使用者进行快速调试Basics…GUI–详细查看The

Details

View包含数据输入和输出区域。内容的改变取决于选定的分支。白色区域:输入数据白色文本区域下的数据在编辑。灰色(红色)区域:信息显示在灰色领域的数据不能修改。黄色区域:不完整的输入信息黄色领区域的数据显示信息丢失。Basics…GUI–图形窗口图形窗口中显示几何和结果。还有列出工作表（表格），HTML报告，以及打印预览选项的功能。图形工作表打印预览报告预览Basics…GUI–Mechanical

应用向导分析向导是一个可选组件，可提醒用户完成分析所需要的步骤。分析向导提供了一个必要的步骤清单和它们的图标符号。绿色对号表示该项目已完成绿色的“i”显示了一个信息项目灰色的符号表示该步骤无法执行一个红色的问号的意思是指一个不完整的项目一个“X”是指该项目还没有完成闪电表示该项目准备解决或更新分析向导可以通过

按钮切换开启/关闭。分析向导菜单上的选项将根据分析的类型而改变。BasicsB.

Mechanical应用向导选择“Required

Steps”

清单上的一个项目，则出现提示框，解释功能如何实现。–在下面的例子，选中“VerifyMaterials”，并标注说明用户在什么地方可以改变这个项目。Basics…Mechanical

应用向导Mechanical

向导方便那些不熟悉Mechanical

的用户。–除了基本的功能，还有更多高级选项的图标也显示在右侧的图中。BasicsC.基本分析步骤分析的目的是确定基于一些激励或加载类型系统下的响应。数学模型：CAD

几何模型是理想的物理模型网格模型是一个CAD模型的数学表达方式计算求解的精度取决于各种因素：如何很好的用物理模型代替取决于怎么假设。数值精度是由网格密度决定。CAD

模型有限元网格划分模型Basics准备工作…基本步骤每个分析都分为四步：准备工作什么类型的分析：静态，模态，等？怎么构建模型：部分或整体？预处理求解什么单元：平面或实体机构？预处理几何模型导入定义和分配部件的材料特性模型的网格划分施加负载和支撑需要查看的结果求解模型后处理检查结果检查求解的合理性后处理Basics…基本分析步骤Mechanical中的向导帮助用户在以下的基础分析模块上进行预先讨论：–附加/输入几何体选择材料特性(划分网格)如果这一部没有执行手动操作，Mechanical将会执行默认的网格划分。施加载荷和支撑需要查看的结果求解计算检查结果/后处理接下来的几个例题会使用到Mechanical向导…Basics…向导例题:附加/输入几何体选择“Verify

Materials”并用插图显示在下拉菜单中怎样附加/输入材料属性（工程 数据会在这章的后面提及）。在选择“Verify

Materials”

之后，所有

“Geometry”分支的部分突出，并且

Detailsview

显示可选的材料。Basics…向导例题:选择材料特性弹出的窗口消息表明，用户应该回到Workbench接口来访问工程数据默认的材料是“Structural

Steel”，但可以改变。作为加到项目中的材料，将会出现在材料分配详情区域。–上图显示的Mechanical材料仅供演示。用户可以修改材料属性值。Basics向导例子:插入荷载与支撑在指定和确认材料后，从Stress

Wizard中选择“Insert

Structural

Loads”

。–

荷载的应用是在Context

toolbar

的下拉菜单项中。在选择“Insert

Loads”

后,注意“Environment”

分支是突出的。通过突出的“Environment”分支,改变Contexttoolbar和Details

view

。Basics添加载荷和支撑载荷和支撑的施加有两种不同的方法：–

预先在图形窗口选择几何实体，然后从Context

Toolbar选择荷载和支撑–

或者，从ContextToolbar中选择载荷和支撑，然后在图形窗口选择几何实体，最后在中点击“Apply”。Basics…施加荷载和支撑指定荷载类型之后，需要在Detailsview输入详细的数据。–

注意，Outline

Tree

下的相关载荷分支的图标将会变成完成状态。Basics施加载荷和支撑结构载荷的施加方向：若选择“Components”,键入X,

Y,或Z向载荷大小若选择“Vector”,

选择确定载荷方向的几何并输入载荷幅值可以通过“Tools>Options…Mechanical:MiscellaneousLoad

Orientation

Type”改变默认选项可以选择使用总体坐标系或用户自定义坐标系用户定义坐标系在后面讨论Basics…施加载荷和支撑几何可以用于控制载荷方向：在“Details”

窗口,选择“DefineBy:

Vector”。可利用三种类型的几何：垂直于面或沿着圆柱面的轴向沿着直线或垂直于圆柱边两点定义的矢量方向点击“Direction”

并选择用于定义方向的几何体。在图形窗口切换箭头的方向。结束时按“Apply”。输入载荷大小。箭头按钮可以调整载荷的方向Basics…鼠标控制–鼠标右键用来选择几何实体或控制曲线生成。用户可以选择几何项目（顶点，边，面，体）或操纵视图（旋转，平移，放大/缩小，框放大）选择方式可以进行单个或框选：单个选择方式，按住鼠标左键拖拉进行多选在单个选择模式下，可以用按Ctrl键和鼠标左键来选择或不选多个实体在框选模式，从左向右拖动鼠标，选中完全在边界框的实体。在框选模式，由右至左拖动鼠标，选中部分在边界框选择部分的任何实体。Basics…鼠标控制（捷径）•在选择模式下鼠标中键提供了图形操作的捷径点击+拖拉鼠标的中键=动态旋转CTRL+鼠标的中键=拖动Shift+鼠标的中键=动态缩放滚动鼠标中键可以用来放大/缩小RMB+拖拉=框放大点击一次鼠标右键，选择“Fit”，实现全窗口显示Basics…选择平面选择平面允许用户方便地选择在其他表面看不到的表面。–

当用户选择面时，如果在指针下面隐藏更多的面，选择面板就会出现。选择面板的颜色与它所代表的面的颜色相同，同时指针所指的方向按厚度排列BasicsD.

Engineering

DataTheEngineering

Data的应用提供了对材料属性的全面控制。Engineering

data

是每项工程分析的必须部分。Engineering

data

可以单独打开(作为分析项目的开始）。要在项目RMB中编辑Engineering

Data>“编辑或双击要打开独立的Engineering

Data

，添加工具箱中的组件系统（拖/放或双击），然后RMB>“编辑或双击。Basics选定以下材料属性属性表Engineering

DataEngineering

Data的应用程序显示如下。总过滤器工具栏过滤材料列表选定材料的性能Basics.

.

.

Engineering

Data窗口交互显示层叠数据。查看或修改材料属性的一般工作流程如下所示：材料数据库>选择材料>材料属性以表格和图形格式显示属性选择数据库选择材料选择属性Basics.

.

.

Engineering

Data总过滤器EngineeringData区包含已在当前项目中使用的材料清单。显示现有材料库的清单。这些是ANSYS软件提供的或用户定义的。Favorites是每个项目都有的，无需由资料库输出的材料。复选框允许对资料库编辑锁定。浏览现有的材料库，或选择材料库的位置。Basics.

.

.

Engineering

Data工具箱提供了大量的材料属性，可以添加现有的或新材料的定义。要修改材料现有的材料库必须要解锁，（注意这是永久修改，材料存储在该资料库）。当前项目中的工程数据资料可以被修改，而不会影响材料库。The

Toolbox

Customization

设置允许

对工具栏上显示的材料属性进行过滤。Basics.

.

.

Engineering

Data若要在当前项目现有的资料库中增加一种材料，单击材料旁边的加号（+）。在当前项目中定义的任何材料将被标记，如右侧所示。如果“added”每一种材料将可以应用在现有的项目上(他变成现有“EngineeringData”的一部分)。注意，添加材料到

“Favorites”列表

中，RMB材料和添加。Basics.

.

.

Engineering

Data要创建新的材料首先选择材料库的存储路径（或当前项目的工程数据）。输入一个名称，对新材料进行说明。从工具箱中双击或拖放所需的属性。最后输入属性的值。Basics.

.

.

Engineering

DataEngineering

Data

的单位制:您可以选择显示“Values

as

Defined”or“Valuesin

Project

Units”.“As

Defined”单位是单独约束的。“Project

Units”采用通用的单位菜单选项。Workbench

-

MechanicalIntroduction第二章前处理GeneralPreprocessing简介在这一章，将会涵盖不使用Wizards

的使用特征：内容:几何接触作业3-1,“接触控制”网格划分命名选择坐标系作业3-2,“网格控制”这一章介绍的功能会应用在ANSYSDesignSpace

Entra和更高级的产品的许可中。GeneralPreprocessing简介上一章，通过使用Mechanical

Wizards介绍Mechanical

GUI

。本章介绍不使用Wizards

的GUI操作。GeneralPreprocessing…简介The

Outline

Tree

是进行分析的基本步骤The

ContextToolbar,Details

View,和Graphics

Window

的更新,都是靠Outline

Tree的分支进行选择。本章将会重点使用Outline

Tree

。使用Outline

Tree意味着用户导航会通过SimulationGUI.GeneralPreprocessingA.几何分支Geometry

分支列出了模型的组成部分。在模拟过程中，有三种类型的实体会被分析到：实体一般是3D或2D体/面/部件只由面组成的面体只由线组成的线体后面将一一进行讲解GeneralPreprocessing三维实体…体的类型实体一般为3D

或2D:3D

实体是由带有二次状态方程的高阶四面体或六面体实体单元进行网格划分的。2D

实体是由带有二次状态方程的高阶三角形或四边形实体单元进行网格划分的。“2D”开关设置在Project

页输入。几何导入后，不能将几何类型由2D

变成3D

。结构的每个节点含有三个平动自由度（DOF）或对热场有一个温度自由度。轴对称横截面二维实体GeneralPreprocessing…体的类型面体素是指几何上为2D，空间上为3D的体素：面体为有一层薄膜（有厚度）的结构，厚度作为输入值提供。面体由带有6个自由度(UX,

UY,UZ,

ROTX,

ROTY,ROTZ)的线性壳单元进行网格划分。线体素是指几何上为一维空间上为三维的结构：

是用来描述与长度方向相比较其他两个方向的尺寸很小的结构，截面的形状不会显示出来。。线体由带有个6个自由度(UX,

UY,UZ,

ROTX,

ROTY,ROTZ)的线性梁单元行网格划分。线体表面体GeneralPreprocessing…多体部件在很多应用程序中，体素（bodies）

和部件（parts）

是一样的。但在DM中可以有多体部件存在。多体部件中共用边界的地方，在公共界面上的节点是共用的。如果节点是共享的，在这种情况下是不需要定义接触的。例子:相邻体上共用节点GeneralPreprocessing…材料属性为体添加材料属性，从目录树中选取体，然后在 下拉菜单中选取“Material”新的材料数据可以在“EngineeringData”下添加和输入。然后新的材料就可以从下拉菜单中得到。对于surfacebodies，如上所讲，定义一个厚度是必要的。GeneralPreprocessing…几何体表格提供体素和已经定义的材料的总表–

选择“Geometry”分支和“Worksheet”GeneralPreprocessingB.

接触存在多个部件时，需要确定部分之间的相互关系。接触区域定义部件是如何相互作用的。若不进行接触或点焊设置，部件将不会相互影响：在结构分析，接触和点焊防止部件的相互渗透，同时也提供了部件之间荷载传递的方法。在热分析，接触和点焊允许部件之间的热传递。多体部件不需要接触或点焊。载荷BA表面接触单元可以看作是“皮肤”，它覆盖的地区将发生接触。GeneralPreprocessing…实体接触输入装配体，自动检测接触面并生成接触 对:–

临近面用于检测接触状态。接触探测公差在“Connections”分支细节可以看到。接触也是使用的二维几何体。接触“面” 是指的边界。某些许可允许表面到边缘，边缘到边缘和 混合体/面接触。请注意，需要在进行分析之前检查自动生 成的接触对。GeneralPreprocessing…实体接触接触单元提供部件间的连接关系。每个部分维持独立的网格。这意味着，小体和大体没必要保持一致的网格精度。注意在不部件接口处不匹配的网格。四面体单元和六面体单元组合是可能的。GeneralPreprocessing…实体接触在“contact”分支点击某个接触对，构成这个接触对的部件就会变成透明的，以 便观察。选取一个接触对，与该接触对无关的部件变成透明的。透明度可以通过“Tools>Options…>Simulation:Contact:

Transparency”控制.在“Contact”分支的Detail

view中可以关掉透明显示GeneralPreprocessing…实体接触“Go

To”

的作用是允许接触定义时有更多的细节描述：corresponding

bodies

in

treeBodies

without

contactContact

regions

for

selectedbodiesContacts

common

to

selected

bodies–

接触可以基于部件名称进行快速的重命名。RMBGeneralPreprocessing…实体接触选择“contact”

和“target”

面手动定义接触对。点击鼠标右键选择GeneralPreprocessing…高级实体接触对ANSYS

Professional

许可和以上，高级接触操作是可行的：自动检测尺寸和滑动不对称接触接触结果工具更多接触可用公式–––––Pinball控制GeneralPreprocessing…高级实体接触Pinball

区域表示接触探测区域：–––当接触间隙在pinball半径内时进行接触计算/检测。可输入Pinball半径尺寸，以确保粘性接触是一个大间隙或裂口问题成立。–Pinball半径以球形显示在图形窗口中。四种接触状态：近场，远场，关闭/滑动，关闭/粘着。GeneralPreprocessing…表面体接触壳接触，包括线与面或线与线接触：壳接触的默认项是关闭的。用户可以打开面与线或线与线接触。设置优先级防止在给定设置优先级的区域的生成多个接触区域。GeneralPreprocessing…点焊点焊连接提供了离散点接触组装的方法：–

点焊是在CAD软件中定义的。目前，只有在Mechanical支持的DesignModeler和Unigraphics中可以定义点焊。点焊对GeneralPreprocessing…接触表“Connections”

分支中的“Worksheet”表列出了定义的所有接触和点焊。GeneralPreprocessingD.网格划分节点和单元是几何模型网格划分的组成：在求解开始时自动生成默认网格。用户可以在“生成”网格之前，去检查网格控制设置。较细的网格产生更精确的解，但也会增加CPU时间以及对内存要求。GeneralPreprocessing…整体网格划分控制基于物理场的网格划分允许用户指定物理场，选择如下的场类型控制选项：实体单元中间节点单元形状检查类型转换物理场包括:结构电磁流体显示物理场设置将预先配置高级网格缺省设置，这些将在随后讲述注意：本章只论述结构网格。GeneralPreprocessing…整体网格划分控制基本网格划分控制在“Mesh”

分支下的“Defaults”

中是可用的。用户控制单个网格大小的选项“Relevance”设置在–100

与+100之间-Relevance=粗划分+Relevance=细划分GeneralPreprocessing…整体网格划分控制高级全局控制：Relevance

Center：设置关联性滑块点ElementSize：为整个模型定义单元大小。Shape

Checking：Standard

Mechanical–适用于线性应力，线性模型和线性热分析Aggressive

Mechanical–适用于大变形和材料非线性Solid

Element

Midside

Nodes：Program

Controlled

（程序控制）（默认选项）、Dropped

（退化形式）或Kept

（原有形式）单元A原有形式单元B退化形式GeneralPreprocessing…整体网格划分控制Straight

Sided

Elements

：当模型中存在实体或存在由DesignModeler得到的场体时进行显示。电磁分析时必须使用。Initial

Size

seed：控制着每个部件网格的初始大小。（更多细节参见下一页）Smoothing

：尝试通过移动节点位置来提高单元质量。可设置平滑迭代次数（低、中、高）。Transition

：控制单元增长速率（平缓、快速）。GeneralPreprocessing…整体网格划分控制Initial

Size

Seed（初始种子大小）：ActiveAssembly

（默认）

:初始网格大小将由激活的部件（未抑制的）决定。Full

Assembly（整个组件）：初始网格大小不会受部件的状态（抑制或活动）的影响。Parts（部件）：初始种子独立地建立在每个部件大小基础上，且网格不会因为部件受抑制而改变。一般给与一个细化的网格。基于组件的网格种子划分得到的节点数：15,670（部件间的网格划分更统一）基于部件网格种子划分得到的节点数：44,013（网格划分建立在部件种子的基础上，因此部件间不太统一。）GeneralPreprocessing…局部网格划分控制局部的MeshControls（网格控制）可以应用于选择的几何模型或一个命名的选择 集。只有选中了Mesh，这些功能才可行。可行的控制包括：Method

Control（方法控制）Sizing

Control（大小控制）Contact

Sizing

Control（接触大小控制）Refinement

Control（加密控制）MappedFace

Meshing

（面映射网格划分（不包括EMAG和循环））Inflation

Control（膨胀控制）Pinch

Control（修剪控制）Gap

Tool

（只不包括EMAG）GeneralPreprocessing…局部网格划分控制:

方法

(继续)Method

Control

：为用户提供了如何划分实体模型的选项：只能适用于实体。Automatic

（默认选项）：–若可以的话，物体将被扫掠划分网格。否则，将使用Tetrahedrons下的Patch

Conforming网格划分器。接下来……GeneralPreprocessing…局部网格划分控制:方法(继续)Tetrahedrons：完全进行四面体网格划分。Patch

Conforming：Expansion

Factor（扩展因子）控制着四面体单元的内在增长速率。Patch

Independent

网格划分：在进行网格划分时，可能忽略面以及它的边界。只有当面上施加了边界条件时，它的边界是不能忽略的。参见下一页Patch

Independent

选项GeneralPreprocessing…局部网格划分控制:方法(继续)Patch

Independent

选项：–Maximum

Element

Size：初始单元划分的大小Approx

Number

of

Elements：模型中期望的单元数目（可以被其它网格划分控制覆盖）Define

defeaturing

Tolerance–根据大小和角度过滤掉几何边。如果设为Yes，会出现一个DefeaturingTolerance栏，可以输入一个数值。提示：defeaturing可以使网格划分忽略掉smallfeatures，而跳过它们进行网格划分。Simulation（模拟）文件夹包含有完整的描述和示例。接下来……GeneralPreprocessing…局部网格划分控制:方法(继续)Curvature

and

ProximityRefinement设为Yes：Define

by：最大单元大小或单元数目近似值Defeaturing

Tolerance

（若为yes）：为defeature边添加误差控制。Curvature

and

Proximity：基于features的曲率和近似，自动加密网格。Num

Cells

across

Gap–指定在狭窄空隙中的单元数目。加密受限于Min

Size

Limit。SpanAngle–网格将在弯曲区域进行划分，直到每个单元都在指定角度跨度内。受限于Min

SizeLimit.GeneralPreprocessing…局部网格划分控制:方法(继续)Hex

Dominant

：主要使用六面体进行自由网格划分。对不能进行扫掠划分的实体模型划分网格很有用。（只能在ANSYS

Structural或更高版本中使用）hex-dominant

网格划分的算法，是先主要使用四边

形生成一个面网格，然后根据需要填充锥体和四面体 单元。如果实体可能不适合进行hex-dominant网格划分，将提醒用户。采用Hex-Dominated网格划分的实体模型：Tetrahedrons（四面体）

–443

(9%)Hexahedron（六面体）–2801(62%)Wedge（楔形体）

–124

(2%)Pyramid（锥体）

–1107

(24%)GeneralPreprocessing…局部网格划分控制:方法(继续)Sweep（扫掠划分）：–––扫掠划分单元（六面体，也可能是楔形体），否则就是四面体。在mesh上点击鼠标右键选择Show

Sweepable

Bodies。–Type

：扫掠方向上的划分数目或单元大小。Sweep

Bias

Type：扫掠方向上的间隔比例Src/Trg

Selection：Automatic（自动选择）,manual

source（手动选择源面）或manual

source

and

target（手动选择源面和目标面）Automatic

Thin

Model（自动指定厚度模型）

–在厚度方向上就一个六面体或楔形体单元。可以在实体壳单元（SOLSH190

）和实体单元（Solid185）之间选择。Manual

Thin

Model

（手动指定厚度模型）–允许选择一个源面中间的实体采用的是扫掠划分，而其它实体是四面体单元划分。GeneralPreprocessing…局部网格划分控制Sizing：–

“ElementSize”指定平均单元长度或划分数目（选择依赖于几何模型选集）

“Soft”控制可以被其它网格控制覆盖，而“Hard”控制不会。可以进行网格偏置划分。上面可行的选项依赖于选定的实体：Sphere

of

Influence

sizing,

参见下一页。EntityEtitElElementtSiSize#offElem.ElDivisionDiiiSphereShoffInfluenceIflBodiesxxFacesxxEdgesxxxVerticesx在一个部件上使用了FaceSizingGeneralPreprocessing…局部网格划分控制Sphere

of

Influence:使用局部坐标系确定中心。球体内的所有关注的实体都会受到网格大小设置的影响。关注于两个面关注于一个点“Sphere

of

Influence”(红色显示)已经定义。球体内所关注实体的单元大小是给定的平均单元大小。GeneralPreprocessing…局部网格划分控制ContactSizing：对于面面接触或面边接触区域，在接触面上生 成相同大小的单元。可以指定“Element

Size”

或“Relevance”选择Mesh

Control菜单下的Contact

Sizing来指定接触区域或把Contact

Region

Objects（接触域对象）拖放到MeshObjects

（网格划分对象）中。本例中，两个部件间的接触域指定了Contact

Sizing

Type中的

Relevance（相关性）。注意现在的网格在接触域里是一致的。GeneralPreprocessing…局部网格划分控制Element

refinementd细l

化已经存在的网格

首先用globalandlocalsizecontrols（整体和局部网格大小控制）创建一个初始网格，然后在指定位置应用element

refinement（单元加密）。

加密系数范围是1~3（最小到最大）。加密控制把初始网格的单元边分割为两半。加密水平控制加密迭代的次数。图示例子中，左边的加密水平为2，而右边是默认的网格设置。GeneralPreprocessing…局部网格划分控制面映射网格划分：在面上生成规则的网格：–

下面例子中，外表面的面映射网格划分得到了更均匀的网格。–

如果某种原因下不能进行映射划分，网格划分仍将继续，但是会在Outline

Tree中以图标的形式显示出来：对于面实体，三角形映射划分和四边形映射划分都可行。GeneralPreprocessing…局部网格划分控制Inflation

Control：对沿指定边界添加多层单元有用。提示：Inflation更常用在CFD和EMAG中，但可能对结构应用中的应力集中等也有帮助。GeneralPreprocessing…局部网格划分控制Pinch：允许删除小线和点以去除小的特征Master:

保留原有几何配置的几何模型Slave：向master改变对齐的几何模型可以是自动的（网格划分时）或局部的（添加Pinch分支）GeneralPreprocessing…网格划分失败如果不能得到很好形状的单元，会出来一个错误信息：–

在屏幕中，选中problematic

geometry

，然后会生成一个名为Problematic

Geometry的选择集，这样用户可以检查模型。GeneralPreprocessing…网格划分失败网格划分失败的原因有很多：–在面上指定了不一致的大小控制，会导致形状很差的单元出现。非常复杂的CAD几何模型，如小长条或扭曲的面。严格的网格形状检查（在Mesh中的Aggressive设置）。一些避免网格划分失败的方法：给几何模型指定可行的网格大小。指定小一点的网格大小，让网格划分得到形状较好的单元。在CAD系统中，使用消除隐藏线图形查看，来搜索并删除长条状的或不想要的几何。使用虚拟子块来组合细长条的或非常小的面。–后面讨论这个选项GeneralPreprocessing…

Virtual

TopologyVirtualTopology：为进行网格控制组合面和边：把“Virtual

Topology”

添加到“Model”

上。一个“VirtualCell”（虚拟子块）就是把一组相邻的面作为一个单独的面来发挥作用。在网格划分过程中，原始面内部的线会被永远忽略掉。对于其它操作，如施加载荷和约束，一个虚拟子块可以被认为是一个单个的实体。虚拟子块可以通过点击鼠标右键选择自动生成：“Behavior”

控制着自动执行Merge

Face

Edges

的程度。示例...GeneralPreprocessing…Virtual

Topology

例子考虑下面的例子：虚拟子块GeneralPreprocessing…Virtual

Topology

例子记住拓扑可以改变！–示例：:在这个虚拟子块的上表面上添加了一个斜面，就不能再识别内部的线。单元的边用实线表示而原来的斜面和顶面都显示为蓝色虚线.不再存在斜面初始网格使用虚拟拓扑网格划分GeneralPreprocessingE.

命名选择集命名选择集工具栏为组合几何实体提供了很好的功能：操作显示/隐藏抑制/激活创建定义名称命名选择集允许把点，边，面或实体组合在一起。它可用于网格加密控制，施加载荷和约束等。为需要经常选择的几何集提供了一个简便方法定义接触域指定结果等提示，visibility

和suppression

只能应用在实体命名选择集。GeneralPreprocessing…定义命名选择集创建命名选择集：选择感兴趣的点、边、面或实体，然后点击Selection

Group图标在对话框中输入一个名称新的命名集将出现在NamedSelectionToolbar（命名选择集工具栏）和Outline

Tree（大纲树）下。提示：在一个指定的命名选择集里只允许出现一种实体类型。例如，在相同的命名集里就不能同时出现点和边。命名选择集可以通过CAD系统导入（见第十章）。GeneralPreprocessing…使用命名选择集在很多细节窗口中可以直接引用命名选择集：示例（压载荷）：在Details

of

Pressure中，把Method由Geometry

Selection换成Named

Selection从下拉菜单中选择Named

Selection模拟时会过滤掉不能使用的命名选择集类型GeneralPreprocessing…使用命名选择集在点中了geometry的时候，命名选择集还可以用在其它情况：选择细节窗口中的Geometry，进入采集模式切换到命名选择集工具栏选择可使用的选项：“Select

Items

in

Group”,

“Add

to

Current

Selection”,

“Remove

from

Current

Selection”然后点击细节窗口中的Apply132GeneralPreprocessingF.坐标系CoordinateSystems通常默认的是不显示，但是可以在Model下进行添加得 到。Coordinate

systems

可用于网格控制、质量点、指定方向的载荷和结果。基于CAD原始模型，开始就添加了Global

CoordinateSystem

（整体坐标系）。可以从CAD系统中导入Local

Coordinate

Systems（局部坐标系）（参见Simulation（模拟）文件夹）GeneralPreprocessing…坐标系坐标系可以通过点击环境工具栏上的Coordinate

System图 标可以是直角坐标或柱坐标在定义了坐标系以后，就会出现响应的工具栏。平移选装调换Move

Up/Down删除可以通过下面任意一种方式定义局部坐标系：

选择几何（结合坐标系Associative

Coordinate

System）。坐标系会移动到几何上，它的平移和旋转都依赖于几何模型。

指定坐标（没有结合坐标系Non-Associative

CoordinateSystem

）。坐标系将保持原有的定义：它独立于几何模型.GeneralPreprocessing…坐标系在各种应用中的细节窗口的下拉菜单中都可以使用坐标系（见下面例子）：指定方向结果质量点指定方向载荷Sizing

w/

SphereofInfluence

Option指定方向位移Workbench

-

MechanicalIntroduction第三章静力结构分析Static

Structural

Analysis概要本章，将练习线性静力结构分析，模拟过程中包括：A.

几何和单元组件和接触类型分析设置环境，如载荷和约束求解模型结果和后处理本节描述的应用一般都能在ANSYSDesignSpace

Entra或更高版本中使用。–

尽管本章中讨论的一些选项可能需要更高级的许可，但都给了提示。Static

Structural

Analysis线性静态结构分析基础对于一个线性静态结构分析（

Linear

Static

Analysis

），位移{x}由下面的矩 阵方程解出：[K]{x}={F}假设：[K]

是一个常量矩阵假设是线弹性材料行为使用小变形理论可能包含一些非线性边界条件{F}是静态加在模型上的不考虑随时间变化的力不包含惯性影响（质量、阻尼）记住关于线性静态结构分析的假设是很重要的。非线性静态分析和动态分析在 后面章节讲解。Static

Structural

AnalysisA.几何模型在结构分析中，可能模拟各种类型的实体。对于面实体，在Details

of

surface

body中一定要指定厚度值。线实体的截面和方向，在DesignModeler里进行定义，并自动导入到Simulation（模拟）中。Static

Structural

Analysis…质量点在模型中添加一个质量点来模拟结构中没有明确建模的重量体：质量点只能和面一起使用。它的位置可以通过下面任一种方法指定：用户自定义的坐标系中指定（x，y，z）坐标值通过选择顶点/边/面指定位置质量点只受包括加速度、重力加速度和角加速度的影响。质量是与选择的面联系在一起的，并假设它们之间没有刚度。不存在转动惯性Static

Structural

Analysis…材料特性在线性静态结构分析中需要给出杨氏模量和泊松比：–在EngineeringData中输入材料参数存在惯性时，需要给出材料密度当施加了一个均匀的温度载荷时，需要给出热膨胀系数在均匀温度载荷条件下，不需要指定导热系数想得到应力结果，需要给出应力极限进行疲劳分析时需要定义疲劳属性在许可协议中需要添加疲劳分析模块Static

Structural

AnalysisB.

组件–实体接触在导入实体装配体时，在实体之间会自动创建接触对。面对面接触允许在两个实体边界划分的单元不匹配

Contact下的Tolerancecontrols（容差控制），可以让用户使用滚动条指定自动接触检查的容差Static

Structural

Analysis…组件–实体接触在模拟中，每个接触对都要定义接触面和目标面：接触区域的一个表面视作接触面，另一表面即为目标面接触面不能穿透目标面当一面被设计为接触面为另一面被设为目标面，这就是非对称接触如果两边互为接触面（C）和目标面（T），那就叫对称接触默认的实体组件间的接触是对称接触用户可以根据需要将接触类型改为非对称接触（

ANSYS

Professional

或更高版本）对称接触非对称接触Static

Structural

Analysis…组件–实体接触•可以使用的五种接触类型：ContactTypeIterationsNormalBehavior(Separation)TangentialBehavior(Sliding)Bonded1NoGapspNoSlidinggNoSeparation1NoGapsSlidingAllowedFrictionlessMultipleGapsAllowedSlidingAllowedRoughMultipleGapsAllowedNoSlidingFrictionalMultipleGapsAllowedSlidingAllowedBonded

和No

Separation

是线性接触并只需要一次迭代Frictionless，Rough和Frictional是非线性接触并需要多次迭代非线性接触类存在一个Interface

Treatment（界面处理） 选项：Offset：给初始调整指定一个0或非0的值Adjusted

to

Touch：ANSYS把间隔缩小到恰好接触的位置（ANSYS

Professional

或更高版本）Static

Structural

Analysis…组件–实体接触界面调整选项：TCCTOffset：接触面在正向或相反方向上偏移一个指定的距离（可以程序设置偏移量）Adjusted

to

touch：不考虑实际的间距，把接触面移向目标面，给出一个初始接触Static

Structural

Analysis本例中，两部件间的间距比pinball区域大，故不会自动闭合它们键的间隔。…组件–实体接触Advanced

选项（更多细节参见第三章的pinball区域的细节设置）：Pin

Ball

Region：Inside

pinball

=

near-fieldcontactOutside

pinball

=

far-field

contact使求解器更有效的进行接触计算对ANSYS

Professional

或更高版本而言，支持壳体和实体的混合组件与更多的接触选项Static

Structural

Analysis…组件–点焊Spot

weld

提供了在分离点上连接壳体组件的方法：–

Spotweld在CAD软件中进行定义。目前，只有DesignModeler和Unigraphics支持点焊定义（Spotweld）。Static

Structural

Analysis…组件–接触总结在模拟中可以使用的接触类和选项的总结：ContactGeometrySolidBodyFace(Scope=Contact)SolidBodyEdge(Scope=Contact)SurfaceBodyFace(Scope=Contact)SurfaceBodyEdge(Scope=Contact)SolidBodyFace(Scope=Target)AlltypesBonded,NoSeparationBonded,NoSeparationBondedonlyAllformulationsfAllformulationsfAllformulationsfMPCCfformulationSymmetryrespectedAsymmetriconlySymmetryrespectedAsymmetriconlySolidBodyEdge(Scope=Target)1NotsupportedforsolvingBonded,NoSeparation1NotsupportedforsolvingBondedonlyAllformulationsMPCformulationAsymmetriconlyAsymmetriconlySurfaceBodyFace(Scope=Target)Bonded,NoSeparationBonded,NoSeparationBonded,NoSeparationBondedonlyAllformulationsAllformulationsAllformulationsAugmentedLagrange,PurePenalty,andMPCformulationSSymmetrytrespectedtdAAsymmetrictionlylSSymmetrytrespectedtdAAsymmetrictionlyl1–对于面边接触，面通常SurfaceBodyEdge(Scope=Target)1NotsupportedforsolvingBondedonly1NotsupportedforsolvingBondedonly被设计为目标面而边被指定为接触面MPCformulationAugmentedLagrange,PurePenalty,andMPCformulationAsymmetriconlyAsymmetriconlyStatic

Structural

AnalysisC.分析设置detailsof

AnalysisSettings中提供了一般的求解过 程控制：Step

Controls（求解步控制）：人工时间步控制和自动时间步控制指定分析中的分析步数目和每个步的终止时间在静态分析里的时间是一种跟踪机制（后面讨论）SolverControls（求解控制）：两种求解方式（默认是Program

Controlled）：直接求解（ANSYS中是稀疏矩阵法）迭代求解（

ANSYS中是PGC（预共轭梯度法））.Weak

springs：尝试模拟得到无约束的模型Static

Structural

Analysis...分析设置-Analysis

Data

ManagementAnalysis

Data

Management（分析数据管理器）：SolverFilesDirectory：给出了相关分析文件的保存路径FutureAnalysis：指定求解中是否要进行后续分析（如预应力模型）。如果在projectschematic里指定了耦合分析，将自动设置该选项。ScratchSolverFilesDirectory：求解中的临时文件夹保存ANSYSDB

分析文件Delete

Unneeded

Files：在Mechanical

APDL中，可以选择保存所有文件以备后用Solver

Units：ActiveSystem

或manual.Solver

Unit

System：如果以上设置是人工的，

那当MechanicalAPDL共享数据的时候，就可以选择8个求解单位系统中的一个来保证一致性（在用户操作界面中不影响结果和载荷显示）Static

Structural

Analysis...分析设置-分析步控制Step

Controls（分析步控制）：在静态分析中允许设置多个分析步，并一步一步的求解。

对于静态分析，终止时间被用作确定载荷步和载荷子步的追踪器。可以一个分析步一个分析步的查看结果。在给出的Tabular

Data里可以指定每个分析步的载荷值。在图形窗口中给出了时间和载荷值的关系图Static

Structural

Analysis...多个分析步通过选择Analysis

Type，然后选择Worksheet表单查看所有不同分析步。Static

Structural

Analysis...多个分析步求解完成后，可以选择需要的求解步，然后点击鼠标右键选择RetrieveThis

Result

，查看每个独立步骤的结果。选择需要的求解步，然后点击鼠标右键选择RetrieveThis

ResultStatic

Structural

AnalysisD.载荷和约束载荷和约束是以所选单元的自由度的形式定义的。实体的自由度是x，y

和z方向上的平移（壳体还得加上旋转自由度，绕x，y

和z轴的转动）UYUXUZ约束，不考虑实际的名称，也是以自由度的形式定义的。例如，在块体的Z面上施加一个光滑约束，表示它Z方向上的自由度不再是自由的（其它自由度是自由的）。光滑面Static

Structural

Analysis...载荷和约束载荷类型：惯性载荷：这些载荷施加在整个模型上对于惯性计算时需要知道密度这些载荷专指施加在定义好的质量点上的力（Point

Masses）结构载荷：施加在系统部件上的力或力矩结构约束：防止在某一特定区域上移动的约束热载荷：热载荷会产生一个温度场，使模型中发生热膨胀或热传导。LoadSupportsCoordinateSystemsAccelerationNoStandardEarthGravityYesRotationalRttilVelocityVlitYesYForceYesRemoteForceLocationofOriginOnlyBearingLoadYesMomentYesGivenDisplacementYesStatic

Structural

Analysis…方向载荷载荷和约束的方向分量可以在整体坐标系或局部坐标 系中定义：–

在细节窗口中，把DefineBy改为Components，然后通过下拉菜单选择坐标系Static

Structural

Analysis…加速度和重力加速度加速度：施加在整个模型上，单位是长度比上时间的平方。加速度可以定义为分量或矢量的形式。物体运动方向为加速度的反方向。重力加速度：根据所选的单位制系统确定它的值。重力加速度的方向定义为整体坐标系或局部坐标系的其中一个坐标轴方向。物体运动方向与重力加速度的方向相同。角加速度：整个模型以给定的速率绕轴转动。以分量或矢量的形式定义。输入单位可以是弧度每秒（默认选项），也可是度每秒。Static

Structural

Analysis…集中力和压力施加压力：以与面正交的方向施加在面上。指向面内为正，反之为负。单位是单位面积的力。施加集中力：集中力可以施加在点、边或面上。它将均匀的分布在所有实体上，单位是mass*length/time2。可以以矢量或分量的形式定义集中力。Static

Structural

Analysis…静水压力静水压力：在面（实体或壳体）上施加一个线性变化的力，模拟结构上的流体载荷。流体可能处于结构内部或外部用户指定：加速度的大小和方向流体密度代表流体自由面的坐标系对于壳体，提供了一个顶面/底面选项内部外部Static

Structural

Analysis…轴承负载轴承负载（集中力）：–

使用投影面的方法将力的分量按照投影面积分布在压缩边上。不允许存在轴向分量每个圆柱面上只能使用一个轴承负载。–在施加该载荷时，若圆柱面是分裂的，一定要选中它的两个半圆柱面。–

轴承负载可以矢量或分量的形式定义。轴承负载

集中力Static

Structural

Analysis…力矩力矩载荷：–––––对于实体，力矩只能施加在面上。如果选择了多个面，力矩则均匀分布在多个面上。可以根据右手法则以矢量或分量的形式定义力矩。对于面，力矩可以施加在点上、边上或面上。力矩的单位是力乘上距离。Static

Structural

Analysis…远程载荷远程载荷：给实体的面或边施加一个远离的载荷。用户指定载荷的原点（附着于几何上或用坐标指定）可以以矢量或分量的形式定义。给面上施加一个等效力或等效力矩。例如：在一个10英寸的梁端的范围内施加了一个1lbf的远程载荷，且远程载荷距离固支端20英寸。F=1

lbf20”反作用力矩Static

Structural

Analysis...螺栓预紧力螺栓预紧力：给圆柱形截面上施加预紧力以模拟螺栓连接：预紧力（集中力）或者调整量（长度）需要给物体指定一个局部坐标系统（在Z方向上的预紧力）自动生成两个载荷步求解：LS1：施加有预紧力、边界条件和接触条件LS2：预紧力部分的相对运动是固定的并施加了一个外部载荷对于顺序加载，还有其它额外选项（见下一页）Static

Structural

Analysis1...螺栓预紧力–顺序模拟针对顺序加载，在Details

of

Bolt

Pretension的Define

By选 项提供了如下选项：Load

或Adjustment：如前面所讲定义Lock:固定所有位移（载荷施加和保持）Open

：保持预紧力“open”

（即无预紧力）243螺栓载荷提示：只用于三维模拟只用于圆柱形面体或实体需要精确的网格划分（在轴向上至少得有2个单元）Static

Structural

Analysis...线压力线压力载荷：只能用于三维模拟中，通过载荷密度形式给一个边上施加一个分布载荷单位是单位长度上的载荷可按以下方式定义：幅值和向量幅值和分量方向(总体或者局部坐标系)幅值和切向Static

Structural

Analysis…约束固定约束：限制点、边或面的所有自由度实体：限制x，y和z方向上的移动面体和线体：限制x，y和z方向上的移动和绕各轴的转动已知位移：在点、边或面上施加已知位移允许给出x、y和z方向上的平动位移（在用户定义坐标系下）“0”表示该方向是受限的，而空白表示该方向自由。弹性约束：允许在面/边界上模拟弹簧行为基础的刚度为使基础产生单位法向偏移所需要的压力Static

Structural

Analysis…约束无摩擦约束：在面上施加法向约束（固定）对实体而言，可以用于模拟对称边界约束例如在径向是固定的面外的移动是受限的面内可以自由移动在轴向和切向是自由的切向轴向Static

Structural

Analysis…约束圆柱面约束:为轴向、径向或切向约束提供单独控制施加在圆柱面上径向例如...Static

Structural

Analysis只可压缩…约束（实体）仅有压缩的约束：只能在正常压缩方向施加约束可以模拟圆柱面上受销钉、螺栓等的作用需要进行迭代（非线性）求解载荷载荷Static

Structural

Analysis…约束（线/面实体）简单约束：可以施加在梁或壳体的边缘或者顶点上限制平移，但是所有旋转都是自由的约束转动：可以施加在壳或梁的表面、边缘或者顶点上约束旋转，但是平移不限制平动受限转动自由简单约束边平动自由转动受限约束转动边Static

Structural

Analysis…热加载热条件：在结构分析中施加一个均匀温度出现在结构分析的Loads下拉选项中必须指定参考温度（见下一页）Static

Structural

Analysis…热加载温度差会在结构中导致热膨胀或热传导：–热应变（th）按下式计算：x=y

=z

=

(T

Tref)th

th

th

=热膨胀系数（CTE材料特性）Tref

=参考温度（热应变为0时的温度）T=施加的温度（见前面页）在整体环境中定义参考温度，或把它作为单个实体的特性进行定义。Static

Structural

Analysis…求解模型点击在标准工具箱里的Solve按钮，求解模型:默认两个处理器进行求解通过Tools>Solve

Process

Settings设置使用的处理器个数4-38Static

Structural

AnalysisF.结果和后处理在后处理中可以得到多种不同的结果：各个方向变形及总变形应力应变分量、主应力应变或者应力应变不变量。接触输出支反力在DS中，结果通常是在计算前指定的，但是它们也可以在计算完成后指定。，然后就可以检索结如果求解一个模型后再指定结果，可以点击Solve按钮果。不需要新的求解Static

Structural

Analysis…显示结果经常在变形的几何体上显示云图和矢量图。利用ContextToolbar改变结果的显示。Static

Structural

Analysis…变形可以显示模型的变形：–整体变形是一个标量：22在Directional里可以指定变形的x，y和z分量，显示在整体或局部坐标系中。可以得到变形的矢量图（如下）Static

Structural

Analysis…应力和应变应力和应变：应力和弹性应变有六个分量(x,

y,z,

xy,yz,

xz)，而热应变有三个分量(x,

y,z)。对应力和应变而言，它们的分量可以在Normal和Shear里指定，而对于热应变，在Thermal中指定。主应力关系：s1>s2>s3强度定义为下面值的最大绝对值：s1-s2,

s2-s3

或s3-s1Static

Structural

Analysis…应力工具安全系数（应用4种失效理论）：柔性理论：